气力式水稻钵苗抛秧机的风道内存在气流分布不均匀的问题，这降低了抛秧的均匀性。为解决此问题，研究人员设计了一种集成穿孔板的Y型短距离宽幅锥形风道的新机型。本文阐述了其工作原理，并通过风道流场数值模拟，研究了穿孔板关键参数对出口气流均匀性的影响规律。研究揭示，穿孔板的开孔率会引发强烈的射流收缩和回流区，进而加剧能量耗散和流场恶化。阐明了孔数通过调节射流相互作用和射流虹吸效应来决定流场稳定性的机制。此外，介绍了开发工作，包括板厚在促进流动发展与控制湍流耗散之间起决定性作用的权衡机制，以及Box-Behnken设计的因子水平确定过程。通过方差分析和回归建模，获得了各因素的显著影响程度。确定了最优参数组合为孔径34 mm、孔数24个、板厚12 mm。验证结果表明，改进后的风道出口速度不均匀系数显著降低至1.58%，有效证明了优化方法的可行性和有效性。田间试验显示，改进后的风道在0.25 m2的基本计数单元内实现了0.17的抛撒不均匀系数，相比原始风道降低了51.4%，作业效率为8460 m2 h−1。本研究为气力抛秧机的均匀性控制提供了技术支撑。
长期以来，双季稻种植面临早晚稻茬口衔接紧张的问题，易受“倒春寒”和“寒露风”等不良天气影响，同时面临劳动力短缺的挑战。气力抛秧技术利用气流携带钵苗完成栽植，具有作业效率高、地形适应性强（适用于丘陵坡地）和秧苗返青快等优点，能有效缓解双季稻系统的茬口压力。从更深入的农艺机理看，气力抛秧采用钵苗，利用气流实现柔性抛栽，无移栽冲击。与机械插秧相比，它有效避免了秧苗取植过程中的机械损伤，从而防止了由此导致的返青期延长和分蘖延迟问题。与直播相比，它补偿了因省略育秧阶段而导致的播种期延后。机械抛栽在根系损伤少、大田返青快、分蘖早且快、有效穗数多等方面较直播和机械插秧展现出显著优势，有助于形成更优的群体栽培质量，缓解南方双季稻区的茬口矛盾。目前，国内外已有多项关于水稻钵苗抛秧技术与装备的研究报道。根据抛秧机理，主要分为导苗式、自由落体式和气力式三类。其中，导苗式抛秧采用输送辊进行秧盘传输，通过喷嘴的脉冲气流将钵苗从秧盘中吹出，经导苗管下落完成抛栽。作业时，钵苗易受气流影响，导致与管壁粘附加剧，可能造成导苗管内秧苗和土壤堵塞，以及喷嘴吹苗不彻底等问题，影响抛栽性能。自由落体式抛秧让钵苗从固定高度自由落入田间。作业时，纵向夹持带夹持秧茎同步输送，秧盘分离后将秧苗转移至横向抛送带。通过调整多条横向带的转速形成速度差，赋予秧苗水平初速度以实现可控抛栽。该方法虽避免了秧苗堵塞风险，但因下落距离短导致栽植深度不足，且抛送带尺寸限制了整机大小，不适用于丘陵等复杂地形作业。气力式抛秧将水稻钵苗置于输送带上，在抛秧口处，气流经整流风道吹送钵苗至空中，随后在重力作用下落入田间完成立苗。该方法具有作业效率高、地形适应性强等优势。然而，在实际作业中，抛秧口处气流分布不均导致钵苗落点可控性差，难以满足栽植均匀性要求，限制了此类机械的广泛推广应用。目前相关研究主要集中在气力钵苗抛秧的农艺要求上，针对抛秧风道装置气流均匀性的研究尚少。均匀的出口气流是实现抛撒稻苗均匀分布的关键。抛栽作业时，风道出口的非均匀气流会产生显著的速度梯度，导致气流携苗能力出现区域差异，可能造成秧苗堆积或抛撒不规律，最终影响大田分布均匀性，削弱植株抗倒伏能力，并影响水稻产量稳定性。因此，优化风道结构以实现均匀供气是促进均匀抛撒分布和提升水稻产量潜力的关键技术支撑。在流体动力学领域，关于流场分布均匀性的研究众多，主要采用配置变截面风道或在风道内安装导流器等策略。张等人通过数值模拟和实验研究了地铁车站送风风道内气流分布不均匀的问题，重点探讨了截面变化对气流均匀性的影响。结果表明，在相同入口风速下，与等截面结构相比，变截面结构能通过截面面积的渐变有效调节动压和静压分布，从而改善风道沿程气流分布均匀性，提升整体送风均匀性。龚等人采用k-ε湍流模型对多层网带烘干机内的热风分配室进行数值模拟，研究了出风孔板结构参数（孔径、间距和排列方式）对供气均匀性的影响。研究发现，孔均匀排列时的气流均匀性显著优于交错排列。在穿孔板几何优化领域，其他研究者通过参数化分析方法进一步深化了对水动力学特性的理解。郭等人为了建立工业静电除尘器的数值模型，研究了穿孔板几何参数对气体流动特性的影响，发现压降系数随雷诺数和板厚增加而减小，表面粗糙度会减弱回流区并导致该系数轻微下降。彭等人进一步研究了开孔率、孔径大小和形状等因素对流量系数的影响，建立了相应的回归模型，证实了流量系数随开孔率和孔径增大而增加，且圆形孔表现最佳，为通风设计提供了实用指导。综上所述，以往关于供气均匀性的研究已建立了一定的规律和结论，但大多数研究集中在农产品加工或工业应用中的风道配置。农业种植领域，特别是需要在保证气流分布均匀性的同时实现宽幅作业的抛秧风道，相关研究仍相对匮乏。本工作通过结合数值模拟与实验验证，研究了气力水稻钵苗抛秧机风道内的气流分布不均问题，重点阐明了内部流场特性与出口气流均匀性之间的关系，并评估了基于穿孔板结构的优化策略的有效性。本研究假设，在风道内引入穿孔板可以调节内部气流分布，抑制局部速度梯度，从而提高出口气流均匀性。通过检验此假设，旨在解决已识别的气力抛秧风道气流分布不均的工程科学问题。
研究工作首先介绍了抛秧机的工作原理。本研究设计的风道旨在满足提高气力水稻钵苗抛秧机作业均匀性的需求。该机器主要由送秧机构、风道机构、离心风机、液压系统、电控系统和行走底盘构成。作业时，水稻钵苗预先放置在送秧机构上，该机构由两条输送带组成。
随后进行了CFD模型验证。图11展示了不同监测点处模拟与实测出口风速的对比。结果表明，模拟数据与实测数据的变化趋势总体一致。模拟流速略高于实测值，两者之间的平均绝对百分比误差（MAPE）为4.49%，该误差低于5%的阈值且在可接受范围内。这证明了所建立风道数值模型的可靠性。
最终得出研究结论。本研究通过建立Y型短距离宽幅锥形风道内部流动的数学模型，分析了其流场特性。研究揭示，在宽幅出口条件下，单一锥形流道在流场调控方面存在固有局限。为克服这一限制，引入穿孔板结构被证明是一种有效的解决方案。通过建立“阻尼抑制”与“导流梳理”相结合的协同调控系统，成功优化了风道性能。通过响应面法优化得到的最优穿孔板参数（孔径34 mm，孔数24个，板厚12 mm）使出口速度不均匀系数降至1.58%，较原始设计显著改善。田间试验验证了改进风道能将抛撒不均匀系数降低51.4%至0.17，同时保持8460 m
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−1的作业效率。本研究为气力抛秧机风道的均匀性控制提供了理论依据和技术方法，对提升抛秧作业质量具有重要指导意义。
